(57)【要約】【課題】本発明は安定したＰＷＭ制御が行える電源制御方法および電源装置を提供する。【解決手段】サンプリングタイミング算出部１５は、インダクタ４に流れる電流（ＩＬ）をアナログーデジタル変換し、ＩＬ入力部１３に平均電流（ＩＬ＿Ａｖｇ）を入力するためのサンプリングタイミングを、入力電圧（ＶＩＮ）と出力電圧（Ｖ  ＯＵＴ）の比に応じて算出する。【選択図】    図１
2007124874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ制御を用いたスイッチング電源の制御方法であって、
前記スイッチング電源への入力電圧を検出し、
前記スイッチング電源からの出力電圧を検出し、
前記検出された入力電圧と前記検出された出力電圧との比に応じて前記ＰＷＭ制御に用いる電流をサンプリングするタイミングを算出し、
前記算出されたタイミングにもとづいて前記電流を検出することを特徴とする電源制御方法。
【請求項２】
前記検出される電流は、前記スイッチング電源に含まれるＤＣ−ＤＣコンバータの電流路に設けられたインダクタに流れる電流である請求項１記載の電源制御方法。
【請求項３】
前記サンプリングするタイミングを算出することは、前記ＤＣ−ＤＣコンバータへの入力電圧と前記ＤＣ−ＤＣコンバータからの出力電圧との比に応じて前記インダクタに流れる電流をサンプリングするタイミングを算出する請求項２記載の電源制御方法。
【請求項４】
前記電流を検出することは、前記算出されたタイミングで前記電流をアナログ−デジタル変換することを含むことを特徴とする請求項１記載の電源制御方法。
【請求項５】
前記タイミングを算出することは、前記ＰＷＭ制御のスイッチング周期Ｔと前記検出される入力電圧と前記検出される出力電圧とを用いて
（Ｔ÷２）×｛１＋（出力電圧）÷（入力電圧）｝
の演算により前記タイミングを算出する請求項１記載の電源制御方法。
【請求項６】
前記検出された電流の値と前記検出された出力電圧の値とを用いて前記ＰＷＭ制御をさらに行うことを特徴とする請求項１記載の電源制御方法。
【請求項７】
ＰＷＭ制御を用いたスイッチング電源への入力電圧を検出する第１の検出手段と、
前記スイッチング電源からの出力電圧を検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段が検出した入力電圧と前記第２の検出手段が検出した出力電圧との比に応じて前記ＰＷＭ制御に用いる電流をサンプリングするタイミングを算出する算出手段と、
前記算出されたタイミングにもとづいて前記電流を検出する第３の検出手段と、
を具備したことを特徴とする電源装置。
【請求項８】
前記第３の検出手段は、前記スイッチング電源に含まれるインダクタに流れる電流を検出することを特徴とする請求項７記載の電源装置。
【請求項９】
前記第３の検出手段は前記算出されたタイミングで前記インダクタに流れる電流をアナログ−デジタル変換する手段を含むことを特徴とする請求項７記載の電源装置。
【請求項１０】
前記算出手段は、前記ＰＷＭ制御のスイッチング周期Ｔと前記検出された入力電圧と前記検出された出力電圧とを用いて
（Ｔ÷２）×｛１＋（出力電圧）÷（入力電圧）｝
の演算により前記タイミングを算出することを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
【請求項１１】
前記検出された電流の値と前記検出された出力電圧の値を用いて前記ＰＷＭ制御を行う制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項７記載の電源装置。
【請求項１２】
ＰＷＭ信号に基づき制御されるスイッチング素子とインダクタとを備えるＤＣ−ＤＣ変換部と、
前記ＤＣ−ＤＣ変換部への入力電圧を検出する第１の検出部と、
前記ＤＣ−ＤＣ変換部からの出力電圧を検出する第２の検出部と、
前記第１の検出部によって検出された入力電圧と前記第２の検出部によって検出された出力電圧との比に応じて前記インダクタに流れる電流をサンプリングするタイミングを算出する算出部と、
前記算出部が算出したタイミングで前記インダクタに流れる電流を検出する第３の検出部と、
前記第３の検出部によって検出された電流の値と前記第３の検出部によって検出された出力電圧の値とを用いて前記スイッチング素子に供給されるＰＷＭ信号のパルス幅を制御するＰＷＭ制御部と、
を具備したことを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御を用いた電源制御方法および電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＷＭ制御を用いたスイッチング電源に於いては、出力精度を上げるための種々の技術が提供されている。さらに近年では、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いてＤＣ−ＤＣコンバータをＰＷＭ制御する、所謂デジタル電源装置も種々開発されている。
【特許文献１】特開平１１−２８９７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＰＷＭ制御を用いたスイッチング電源のＤＣ−ＤＣコンバータには、入力電圧から目的の出力電圧を得るために、電圧、電流のモニタリングと制御を行うフィードバックループ（制御ループ）が存在する。この制御ループでのＰＷＭ制御に用いられる検出電流の精度が出力精度に影響を及ぼすという問題があった。
【０００４】
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、安定したＰＷＭ制御が行える電源制御方法および電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ＰＷＭ制御を用いたスイッチング電源の制御方法であって、前記スイッチング電源への入力電圧を検出し、前記スイッチング電源からの出力電圧を検出し、前記検出された入力電圧と前記検出された出力電圧との比に応じて前記ＰＷＭ制御に用いる電流をサンプリングするタイミングを算出し、前記算出されたタイミングにもとづいて前記電流を検出する検出することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、ＰＷＭ制御を用いたスイッチング電源への入力電圧を検出する第１の検出手段と、前記スイッチング電源からの出力電圧を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段が検出した入力電圧と前記第２の検出手段が検出した出力電圧との比に応じて前記ＰＷＭ制御に用いる電流をサンプリングするタイミングを算出する算出手段と、前記算出されたタイミングにもとづいて前記電流を検出する第３の検出手段とを具備した電源装置を特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、ＰＷＭ信号に基づき制御されるスイッチング素子とインダクタとを備えるＤＣ−ＤＣ変換部と、前記ＤＣ−ＤＣ変換部への入力電圧を検出する第１の検出部と、前記ＤＣ−ＤＣ変換部からの出力電圧を検出する第２の検出部と、前記第１の検出部によって検出された入力電圧と前記第２の検出部によって検出された出力電圧との比に応じて前記インダクタに流れる電流をサンプリングするタイミングを算出する算出部と、前記算出部が算出したタイミングで前記インダクタに流れる電流を検出する第３の検出部と、前記第３の検出部によって検出された電流の値と前記第３の検出部によって検出された出力電圧の値とを用いて前記スイッチング素子に供給されるＰＷＭ信号のパルス幅を制御するＰＷＭ制御部とを具備した電源装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
安定したＰＷＭ制御が行える電源制御方法および電源装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
本発明の実施形態に係る電源装置の構成を図１に示す。
【００１１】
本発明の実施形態に係る電源装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１と、制御装置１０とを備える。ＤＣ−ＤＣコンバータ１はスイッチング電源を実現する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、例えばスイッチング用ＦＥＴを用いたスイッチング素子２と、整流器３と、平滑用のインダクタ４、およびコンデンサ５とを備える。
【００１２】
このＤＣ−ＤＣコンバータ１には、電流検出部６と、電圧検出部７と、出力電圧端８とが設けられる。電流検出部６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１のインダクタ４に流れる電流（ＩＬ）を検出する。電圧検出部７はＤＣ−ＤＣコンバータ１の出力電圧（Ｖ  ＯＵＴ）を検出する。またＤＣ−ＤＣコンバータ１にはメイン電源９が入力電源として接続される。
【００１３】
制御装置１０は、ＤＳＰであり、制御装置１０はＰＷＭ制御機能部を備える。制御装置１０には、ＶＩＮ入力部１１、Ｖ  ＯＵＴ入力部１２、ＩＬ入力部１３、ＰＷＭ出力部１４、サンプリングタイミング算出部１５、ＰＷＭ制御部１６等が設けられる。
【００１４】
ＶＩＮ入力部１１は入力電源９の入力電圧（ＶＩＮ）をアナログ−デジタル変換して入力する。Ｖ  ＯＵＴ入力部１２は電圧検出部７が検出した出力電圧（Ｖ  ＯＵＴ）をアナログ−デジタル変換して入力する。
【００１５】
ＩＬ入力部１３は電流検出部６が検出したインダクタ４に流れる電流（ＩＬ）をサンプリングタイミング算出部１５で算出されたサンプリングタイミングを用いてでアナログ−デジタル変換し、平均電流（ＩＬ＿Ａｖｇ）を入力する。
【００１６】
ＰＷＭ出力部１４はスイッチング素子２をスイッチング制御するＰＷＭ信号をデジタル−アナログ変換して出力する。
【００１７】
サンプリングタイミング算出部１５は、インダクタ４に流れる電流（ＩＬ）をアナログーデジタル変換し、ＩＬ入力部１３に平均電流（ＩＬ＿Ａｖｇ）を入力するためのサンプリングタイミングを、入力電圧（ＶＩＮ）と出力電圧（Ｖ  ＯＵＴ）の比に応じて算出する。
【００１８】
ＰＷＭ制御部１６はサンプリングタイミング算出部１５で算出されたサンプリングタイミングを用いてアナログ−デジタル変換された平均電流（ＩＬ＿Ａｖｇ）と、出力電圧（Ｖ  ＯＵＴ）と、図示しない基準電圧等とをもとにパルス幅（オン期間）を制御したＰＷＭ信号を出力する。
【００１９】
この制御装置１０に於ける、スイッチング周期（Ｔ）の期間内で行う処理の手順を図２に示す。この処理では、サンプリングタイミング算出部１５において、ＶＩＮ入力部１１に入力された入力電圧（ＶＩＮ）とＶ  ＯＵＴ入力部１２に入力された出力電圧（Ｖ  ＯＵＴ）との比に従い、インダクタ４に流れる電流（ＩＬ）のサンプリングタイミングを算出する（ステップＳ１，Ｓ２）。この際のサンプリングタイミング算出部１５に於けるサンプリングタイミングの算出処理について図３乃至図５を参照して後述する。
【００２０】
ＩＬ入力部１３は、電流検出部６が検出したインダクタ４に流れる電流（ＩＬ）をサンプリングタイミング算出部１５が算出した（決定した）サンプリングタイミング（検出タイミング）でアナログ−デジタル変換して入力する（ステップＳ３）。
【００２１】
ＰＷＭ制御部１６は、ＩＬ入力部１３から出力された平均電流（ＩＬ＿Ａｖｇ）と、出力電圧（Ｖ  ＯＵＴ）と、図示しない基準電圧等とをもとにＰＷＭ信号のパルス幅（オン期間）を制御し、ＰＷＭ出力部１４に出力する（ステップＳ４）。
【００２２】
ＰＷＭ出力部１４はＰＷＭ制御部１６が出力したＰＷＭ信号をデジタル−アナログ変換してＤＣ−ＤＣコンバータ１に出力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１のスイッチング素子２は上記ＰＷＭ出力部１４から出力されたＰＷＭ信号をもとにスイッチング制御を行い、ＰＷＭ信号のオンデューティに従う電源出力制御を行う。
【００２３】
ここで、上記したサンプリングタイミング算出部１５に於けるサンプリングタイミングの算出処理について図３乃至図５を参照して説明する。
【００２４】
ＰＷＭ出力部１４が出力するＰＷＭ信号のオンデューティ（Ｄ）は、下式のように近似的に入力電圧（ＶＩＮ）と出力電圧（Ｖ  ＯＵＴ）の比であり、
スイッチング周期（Ｔ）と、オン期間（Ｔｏｎ）との比でもある。
【００２５】
Ｄ＝（出力電圧）÷（入力電圧）
＝（オン期間）÷（スイッチング周期）    …式１
図３は、ＰＷＭ出力部１４が出力するＰＷＭ信号の波形と、インダクタ４に流れる電流（ＩＬ）の波形を示したものである。
【００２６】
ＰＷＭ出力部１４が出力するＰＷＭ信号のオン期間中は、インダクタ４に流れる電流は、振幅幅の最大値（ＩＬ＿Ｈ）まで上昇する。
【００２７】
また、ＰＷＭ出力部１４が出力するＰＷＭ信号のオフ期間中は、インダクタ４に流れる電流は、振幅幅の最小値（ＩＬ＿Ｌ）まで下降する。
【００２８】
よって、平均電流［ＩＬ＿Ａｖｇ］は、下式で表される。
【００２９】
ＩＬ＿Ａｖｇ＝（ＩＬ＿Ｈ＋ＩＬ＿Ｌ）÷２    …式２
また、オフ期間中に、インダクタ４に流れる電流が、平均値（ＩＬ＿Ａｖｇ）となるタイミングｔは、下式の通りである。
【００３０】
ｔ＝（Ｔ＋Ｔｏｎ）÷２
＝（Ｔ÷２）×｛１＋（出力電圧）÷（入力電圧）｝    …式３
以上のように、制御装置１０は、ｔなるタイミングで、インダクタ４の電流をＩＬ入力部１３から取り込むことにより、常に平均電流を測定していることになる。
【００３１】
このように平均電流を正確に検出する平均電流モード制御を用いることよりＰＷＭ制御が正確に行える。
【００３２】
上記ＰＷＭ制御に用いる、インダクタ４に流れる電流（ＩＬ）の波形（インダクタ電流波形）を図４、図５に示している。図４に示す領域ＥＬを拡大した部分波形を図５に示している。図中、実線で示す部分波形は、通常時のインダクタ電流波形、破線で示す部分波形は、オンデューティ（Ｄ）が変化したときのインダクタ電流波形である。ＴＦは固定されたサンプリングタイミングを示している。
【００３３】
一般に、この種スイッチング電源においては、過電圧保護（ＯＶＰ）、過電流保護（ＯＣＰ）、過温度保護（ＯＴＰ）などが行われている。このうち、過電流保護（ＯＣＰ）に関して問題点を提起する。
【００３４】
上記平均電流（ＩＬ＿Ａｖｇ）が、ピークスイッチ電流（ＩＬ＿ＳＷ（Ｐｅａｋ））を超えると、過電流保護機能により動作が停止する。従って平均電流（ＩＬ＿Ａｖｇ）が正しく検出されないと動作が停止してしまう場合がある。平均電流（ＩＬ＿Ａｖｇ）をＩＬ入力部１３に取り込むためのサンプリングタイミングを固定とした場合（固定されたサンプリングタイミングＴＦの場合）、ピークスイッチ電流（ＩＬ＿ＳＷ（ｐｅａｋ））未満であっても動作が停止してしまう場合が生じる。これに対して、サンプリングタイミングを、入力電圧と出力電圧の比に応じて算出することで、常に平均電流を測定することが可能となり、平均電流モード制御によるＰＷＭ制御が正確に行える。
【００３５】
上記したように、ＰＷＭ制御を行う電源システムにおいて、コイルに流れる電流を入力電圧と出力電圧の比に応じて制御することで、常に平均電流を測定することが可能となり、安定したＰＷＭ制御が行える。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る電源装置の構成を示す図。
【図２】上記実施形態に係るスイッチング周期（Ｔ）の期間内で行なう処理の手順を示すフローチャート。
【図３】上記実施形態の動作を説明するためのＰＷＭ信号波形とインダクタに流れる電流の波形を示す図。
【図４】上記実施形態に係るＰＷＭ制御の信号波形を示す図。
【図５】上記図４の一部波形を拡大して示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１…ＤＣ−ＤＣコンバータ、２…スイッチング素子、３…整流器、４…インダクタ、      ５…コンデンサ、６…電流検出部、７…電圧検出部、８…出力電圧端、９…入力電源（メイン電源）、１０…制御装置、１１…ＶＩＮ入力部、１２…Ｖ  ＯＵＴ入力部、１３…ＩＬ入力部、１４…ＰＷＭ出力部、１５…サンプリングタイミング算出部、１６…ＰＷＭ制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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